一种小断面软弱围岩隧道三台阶五部开挖施工方法与流程

本发明涉及一种小断面软弱围岩隧道三台阶五部开挖施工方法。

背景技术：

软弱、断层在中小断面隧道施工一直制约着隧道施工进度甚至制约整个工程的运营。国内现修建这种隧道时，在ⅴ类围岩及断层等不良地质洞段主要采用全断面法或减少临空面的顺序作业上下台阶工法，这类工法由于受工序布置、有轨运输设备和作业区域狭窄限制，不能很好地控制应力释放，及时支护及作业灵活性差，且单工序时间长、需严格顺序作业，上道工序直接制约下一工序的实施，施工进度慢、不机动、不灵活。上下台阶虽能相对较好的控制应力释放和及时支护，但由于有轨运输设备笨重自身动力系统限制不灵活不机动，上台阶施工纯人工作业循环时间极长，不利于掌子面的及时封闭，对作业安全又较大隐患。因此目前对中小断面隧洞在不良地质洞段没有一套较系统、安全、快速的施工方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够快速穿越软弱及不良地质隧洞的开挖支护施工方法，以克服现有技术存在的工序时间长、施工组织松散、施工进度慢、成本高、围岩变形大和掌子面不能及时封闭、隧洞运输不连续、施工设备不灵活机动等不足。

本发明的技术方案：一种小断面软弱围岩隧道三台阶五部开挖施工方法，包括以下步骤：

一、上台阶一次性钻爆开挖成型，中台阶视围岩情况确保左右台阶错口5m以上，一次性开挖进尺不大于三榀拱架，下台阶施做方法同中台阶；

二、上台阶翻渣，中下台阶出渣，控制上台阶长度不大于15m，先将下台阶渣体垫成坡段将中上台阶的渣体出完，再出下台阶；

三、上中台阶立工字钢挂网喷浆，下台阶出渣；

四、上台阶施做超前管棚，中台阶翻渣，下台阶立工字钢、挂网喷浆；

五、通过正洞布设渣仓、斜井有轨、正洞无轨达到隧道正洞和斜井连续出渣。

断层及软弱围岩开挖前实施超前预测、超前固结、超前排水、超前支护。

超前预测根据围岩碎裂程度、地下水位线高度、埋深确定最大灌浆压力选择，压力pmax=0.01h+0.008h;式中h:为埋深（m），h:为水位线距地面线高度（m）。

超前排水孔外插角5~8°，采用水平地质钻施做，施做在起拱线向内1m及拱顶下1m，共设有三个并穿越固结扩散范围，口径110mm，采用反滤材料做回填。

上台阶翻渣过程中掌子面按照适合人站立的高度预留核心土，确保拱顶最高处不大于1.5m。

结合断层和围岩的情况可选择大小管棚组合及双层小管棚的组合方式，小管棚外插角大于大管棚，长度为大管棚的三分之一为宜。

在步骤一中，中下台阶的开挖如果没有及时跟上上台阶则选择竖向临空面，错开5m距离错位开挖。

在步骤一中，中下台阶的开挖如果没有及时跟上上台阶则选择竖向临空面，错开5m距离错位开挖。

在步骤五中，隧洞正洞通过汽车出渣，斜井通过轨道出渣，正洞内每300m设置一处渣仓，容积400m³。

本发明的有益效果：基于空间换时间的理论，针对大坡度长斜井水利隧洞软弱围岩、断层富水的不利地质条件以及隧洞开挖过程中出渣工序作为施工进度关键控制性工序的特点，分解了开挖作业面增加了作业空间，细化了作业时间的平行作业区间。

通过不同的探测方法相结合分析比较得到较为准确的地质资料，使得施工方案的制定更具针对性；超前支护、超前排水、超前固结系统的支护方式确保了施工安全；通过分解后的开挖作业面支护更及时，作业工序得到平行作业，增加了工作面优化了施工空间；特别是实现了连续出渣攻克了出渣时间长工序循环周期长的难题，保证施工质量和安全的前提下加快了施工进度。

附图及说明

图1为本发明的施工台阶布置示意图，即上台阶预留核心土，中下台阶错口开挖。

图2为本发明的施工顺序纵剖面布置示意图。

图3为本发明的施工洞内渣仓设置示意图。

具体实施方式

实施例：本实施例是针对软弱地质及断层等不良地质隧洞的施工方法，采用三台阶五部（五部分）开挖支护，在开挖前，采用高密度电法、高频电磁测深法及超前钻探相结合的方式全方位多参数相结合的可得到软弱围岩及断层较为准确的特性参数；结合超前探测评价分析结果进行超前固结最大压力进行选取，压力pmax=0.01h+0.008h;式中h:为埋深（m），h:为水位线距地面线高度（m）。固结灌浆完毕后采用水平地质钻穿过固结灌浆进行超前排水孔施做实现外水集中排放引流，超前排水孔设置外插角，采用水平地质钻施做，施做在起拱线向内1m及拱顶下1m，共设有三个并穿越固结扩散范围，口径110mm，采用反滤材料做回填。最后结合岩层破碎程度选取大小管棚组合或者双层小管棚组合的方式进行超前支护，结合断层和围岩的情况可选择大小管棚组合及双层小管棚的组合方式。四超前完成后隧道开挖分上台阶一次开挖成型，中台阶2、中台阶3和下台阶4、下台阶5左右错口开挖，并确保三个台阶在工序上实现平行作业，具体包括以下步骤：

步骤一，上台阶一次性钻爆开挖成型，翻渣过程中掌子面按照适合人站立的高度预留核心土，确保拱顶最高处不大于1.5m，掌子面立设工字钢时不需要搭设台阶或台车；中台阶视围岩情况确保左中台阶2和右中台阶3错口5m以上，一次性开挖进尺不大于三榀拱架；下台阶施做方法同中台阶，左下台阶4和右下台阶5错口5m以上；所有的施工确保工人定孔，按区域划分进行人员定岗。开挖进尺不大于三榀，高度不大于3榀，中下台阶的挖进如果没有及时跟上上台阶则可以选择竖向临空面，错开5m距离错位开挖。

步骤二，上台阶翻渣，中下台阶出渣上台阶爆破完成后及时组织挖掘机进行翻渣，严格控制上台阶长度不大于15m,确保渣体在1.5小时内翻倒完成大于15m后严重制约挖掘机功效；中台阶由于采用的是装载机倒运至渣仓功效是挖掘机的数倍，先将下台阶渣体垫成坡段将中上台阶的渣体出完，再出下台阶。

步骤三，上中台阶立工字钢挂网喷浆，下台阶出渣。为了保证喷浆与下台阶出渣的干扰可采取在中下台阶间备喷浆料。保证上中台阶的喷浆干扰，可选择两台喷浆机同时作业。

步骤四，上台阶施做超前管棚，中台阶翻渣，下台阶立工字钢、挂网喷浆，由于下台阶在立工字钢、挂网喷浆为了确保翻渣的安全和相互间免干扰可在两侧掏槽1m中间通道正常预留给中台阶翻倒剩余渣体，上台阶管棚施做的送风采用软管从下台阶前接入。

步骤五，通过组织和布置隧洞正洞无轨运输和斜井有轨运输实现连续出渣。正洞内每300m设置一处渣仓，容积400m³，正洞无轨运输通过掌子面挖掘机，渣仓与掌子面间装载机，渣仓与斜井脚汽车运输，斜井同轴异步绞车双轨运输的组合方式组织运输，确保掌子面出渣的灵活机动、不受坡度限制，正洞渣仓的存储能力和汽车的连续运输，斜井脚渣仓的倒运确保斜井运输连续的最大运输能力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种小断面软弱围岩隧道三台阶五部开挖施工方法，包括以下步骤：一、上台阶一次性钻爆开挖成型，中、下台阶视围岩情况确保左右台阶错口5m以上；二、上台阶翻渣，中下台阶出渣；三、上中台阶立工字钢挂网喷浆，下台阶出渣；四、上台阶施做超前管棚，中台阶翻渣，下台阶立工字钢、挂网喷浆；五、通过隧道正洞和斜井连续出渣。本发明针对大坡度长斜井水利隧洞软弱围岩、断层富水的不利地质条件以及隧洞开挖过程中出渣工序作为施工进度关键控制性工序的特点，分解了开挖作业面增加了作业空间，细化了作业时间的平行作业区间，实现了连续出渣攻克了出渣时间长工序循环周期长的难题，保证施工质量和安全的前提下加快了施工进度。

技术研发人员：何志敏;何志平;刘玉府;黄勇;邓理游;唐明秀
受保护的技术使用者：中铁五局集团有限公司;中铁五局集团第五工程有限责任公司
技术研发日：2017.08.22
技术公布日：2017.10.24